[发明专利]风力发电机组传动系统故障诊断装置及模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组的故障诊断领域，特别是一种风力发电机组传动系统故障诊断装置及模拟方法。

背景技术

利用风能发电近年来已得到世界各国的大力研究和开发应用。但是风力发电中的关键设备风力发电机组很容易遭到破坏且不易维修，尤其像齿轮箱等关键部位发生故障。采用先进的监测技术在不停机状态下对风力发电机组进行实时监测，同时利用各种信号处理和分析技术对采集到的机组信号进行处理和分析，可以尽可能早地发现故障，准确判断故障原因和部位，跟踪分析故障发展趋势，以及合理安排维修和更换计划，避免临时的检修行为。 

    在现代风力发电技术中，出于安全与控制的需要，绝大多数风力发电机组安装了具有状态监测和故障报警等相应功能的监控与数据采集系统（SCADA），可进行旋转机械和机舱振动监测，油温检测，发电机的电压、电流和功率信号监测等。其主控系统通过对所获信号与预先设定阈值的比较，做出故障状态判断，进而控制风力发电机组停机或者紧急停机，以防风力发电机组超速、过载以及共振等问题发生。但是这种监控系统只能检测出短期的、临时的和重大的故障状态，以保护风力发电机组的主要部件不发生严重损坏，而一般难以对风力发电机组长期处于非最佳运行状态下所产生的故障进行监测。

同时由于风力发电机组齿轮箱为增速齿轮箱，且多使用行星轮系，其运行状态不同于一般齿轮箱，发生的故障具有特殊性。但是现有常规实验台多是普通齿轮箱。而且现有实验台多为某种固定结构，不能灵活应用于较多形式的实验方案。同时，现有风电技术中，对于风力发电机组的状态监测和故障诊断系统，监测位置点少，获得的信号数据较少，不能更好地提取特征参数；数据分析多采用传统方法，不能更加有效的辨识故障；开发软件系统周期长，难度较大，且需要专业人员维护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种风力发电机组传动系统故障诊断装置及模拟方法，可以进行模拟真实环境中的风力发电机组传动系统的正常和故障运行状态，获取理论难以获得的实验数据，为状态检测和故障诊断提供必要的数据支持，为开发软件系统提供实验支撑。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种风力发电机组传动系统故障诊断装置，包括变频电机、平行轴减速机、行星齿轮增速机和磁粉制动器，变频电机通过联轴器与平行轴减速机连接，平行轴减速机通过联轴器与行星齿轮增速机连接，行星齿轮增速机通过联轴器与磁粉制动器连接。

其中变频电机用于模拟实际风力发电机组的风轮转速的变化；平行轴减速机用于降速到实际风力发电机组风轮的转速；行星齿轮增速机用于模拟实际风力发电机组的齿轮箱；磁粉制动器用以模拟实际发电时的风力发电机产生的载荷。

平行轴减速机和/或行星齿轮增速机上设有振动传感器和转速传感器。

所述的振动传感器分别设置在平行轴减速机和/或行星齿轮增速机的壳体、轴承座的端面和轴承座的侧面。

所述的振动传感器和转速传感器采集的信号传输到计算机。

所述的平行轴减速机的轴承和/或小齿轮轴上设有故障，所述的行星齿轮增速机的行星轮轴和/或太阳轮上设有故障。

一种应用上述的装置模拟风力发电机组传动系统故障及诊断方法，包括以下步骤：

一、依次连接变频电机、平行轴减速机、行星齿轮增速机和磁粉制动器，在平行轴减速机和/或行星齿轮增速机上安装转速传感器和振动传感器，各个传感器与计算机连接；

二、通过调节变频电机转速，以模拟实际风力发电机组的风轮转速的变化，经平行轴减速机降速到实际风力发电机组风轮的转速，行星齿轮增速机用于模拟实际风力发电机组的齿轮箱，磁粉制动器为整套装置提供载荷，以模拟实际发电时的风力发电机；

三、转速传感器和振动传感器获取的信号输入计算机，并由计算机完成信号的处理与分析，获得风力发电机组运行状态信息；

通过上述步骤获取风力发电机组传动系统故障及诊断信息。

在步骤2）中，通过人为设置故障以加快试验进度。

所述的故障设置在平行轴减速机的轴承和/或小齿轮轴上。

所述的故障设置在行星齿轮增速机的行星轮轴和/或太阳轮上。